1 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH Chủ biên ThS Nguyễn Thị Mai Anh GIÁO TRÌNH TRẮC ĐỊA BIỂN (LƯU HÀNH NỘI BỘ) Quảng Ninh – 2019 2 Chương 1 KHÁI QUÁT VỀ CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA BIỂN[.]
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH - Chủ biên: ThS.Nguyễn Thị Mai Anh GIÁO TRÌNH TRẮC ĐỊA BIỂN (LƯU HÀNH NỘI BỘ) Quảng Ninh – 2019 Chương KHÁI QUÁT VỀ CÔNG TÁC TRẮC ĐỊA BIỂN 1.1 KHÁI NIỆM VỀ BIỂN VÀ ĐẠI DƯƠNG Như biết, 3/4 bề mặt trái đất mặt nước Trong lục địa bị phân cắt thành mảnh riêng biệt mặt nước Trái Đất lại liên thông với thành mảng liên tục gọi chung đại dương giới Đại dương giới chiếm diện tích 360 triệu km2, khoảng 70,8% số 510 km2 diện tích bề mặt trái đất Nó chứa khoảng 1.370 triệu km3 nước, tức khoảng 94% dung tích nước lớp thủy hành tinh Đại dương giới (ĐDTG) phân chia thành phần khác vào đặc điểm cấu tạo địa chất dấu hiệu địa lý tự nhiên cụ thể Đại dương giới hợp thành từ bốn đại dương có tên là: Thái Bình Dương, Đại Tây Dương, Ấn Độ Dương Bắc Băng Dương Các đặc trưng địa mạo đại dương cho bảng 1.1 Bảng 1.1 Đặc điểm hình thái đại dương giới Diện Độ sâu Thể tích Tỉ lệ so tích Vị trí sâu biển sánh Đại dương (10 Trung Sâu ĐDTG (106 km3) km ) bình Thái Bình 179.679 50% 723.699 4.028 11.034 Vực Marian Dương Thung lũng Đại Tây Dương 93.363 25% 337.699 3.926 9.219 Puetorico Thung lũng Ấn Độ Dương 74.917 21% 291.945 3.897 8.047 Javan Bắc Băng Lòng chảo 13.100 4% 1.6980 1.025 5.449 Dương Frama Đại Dương Thế 361.059 100% 1.370.323 3.975 11.034 Giới 1.1.1 Phân loại biển Mỗi đại dương lại bao gồm biển Biển phần đại dương ăn sâu vào đất liền hay bị chia cắt đảo có đặc tính chế độ thủy văn riêng biệt Cũng đại dương, biển chia làm nhiều loại Theo vị trí, người ta chia biển làm bốn loại: Biển lục địa, biển nội địa, biển ven, giửa điểm đảo - Biển lục địa: Là biển nằm hai lục địa nối với đại dương hay nhiều eo biển Tiêu biểu loại biển Caribe, Đại Trung Hải - Biển nội địa: Nằm phạm vi lục địa nối với dương hay nhiều eo biển Ví dụ: Ban Tích, Hắc Hải - Biển ven: Nối thơng sâu vào đất liền Ví dụ: Biển Ôkhot - Biển đảo: Là biển ngăn cách đại dương đảo Ví dụ: Biển Panda, Suzu Theo độ sâu, người ta chia biển thành biển sâu biển cạn - Biển sâu: Là biển có độ sâu hàng ngàn mét Ví dụ: Hắc Hải - Biển cạn: Là biển có độ sâu vài trăm mét Ví dụ: Baren Ngoài ra, người ta chia biển thành biển hồ biển máng theo cấu địa chất - Biển hồ: Là biển có lõm sâu khép kín hạn chế rõ rệt giới hạn nước - Biển máng: Là biển khơng có lõm sâu khép kín độ sâu tăng theo độ xa bờ Thông thường, biển sâu biển hồ, biển cạn biển máng Ngồi ra, đại dương cịn bao gồm phần nhỏ eo biển, vịnh, đầm vũng - Eo biển: Là phần đại dương hay biển tương đối hẹp, duỗi dài hai phần đất nối hai vùng nước với - Vịnh: Là phần đại dương hay biển lấn vào đất liền bị chia cắt vùng nước chính, chế độ thủy văn khác chút so với vùng nước kín -Đầm: Là vùng nước gần bờ tách biệt đại dương doi cát tạm thời hay vĩnh viễn -Vũng:Là vịnh nhỏ chia cắt rõ rệt với nước vùng đất hay đảo có chế độ nước riêng 1.1.2.Địa hình đáy đại dương Đại hình đáy đại dương có hình dạng phức tạp đa dạng đất liền, đại dương có dãy núi, có địa hình bị chia cắt mạnh, vực sâu, cao nguyên đồng Đặc trưng cho vùng rộng lớn đáy địa hình kiến tạo núi lửa mà thực tế lớp phủ trầm tích bị bóc mịn, vùng độ sâu lớn thể rõ rệt xói mịn Địa hình đáy đại dương chia thành hai mảng lớn, mảng đại dương mảng lục địa Ranh giới mảng đại dương mảnh lục địa thể ba ranh giới chính: - Đới nuốt: dải vực sâu; - Phay biến dạng; - Sống đại dương (dãy núi đại dương): mảng lục địa hướng tăng cao, hai lục địa tách tạo thành đại dương, hai mảng đại dương đụng vào tạo nên dãy núi đại dương nằm cạnh vực sâu 1.1.3.Vai trò đại dương kinh tế quốc dân Biển đại dương đóng vai trị quan trọng đời sống người Thực tế cho thấy nước có văn minh sớm ven biển nước có cửa ngõ biển có kinh tế phát triển Vai trò biển đại dương xã hội loài người biểu thị qua ba hướng: kinh tế giao thông, lương thực phẩm, nguyên liệu lượng Giao thông vận tải Chiếm 80% tổng số hàng hóa lưu thơng giới Khối lượng vận chuyển hàng hóa đường biển phát triển không ngừng Lương thực Biển đại dương nguồn cung cấp thực phẩm to lớn Hiện biển địa dương cung cấp khoảng 2.000 sản phẩm cho nhân loại Chỉ riêng lĩnh vực đánh bắt, giới đạt 70 triệu năm 5% sản lượng cá đại dương Ngoài ra, người khai thác vô số thực vật động vật biển để làm dược liệu nguyên liệu cho cơng nghiệp hóa chất, giấy, dệt, phân bón cho nông nghiệp 3 Nguyên liệu lượng Tiềm nguyên liệu lượng biển đại dương to lớn, theo ước tính tổng khối lượng chất kết tủa đại dương chiếm khoảng 1.500 tỉ trữ lượng chiếm 350 tỉ gấp 300 lần toàn nguyên liệu lượng đât liền Ngồi chất kết tủa cịn có kim loại qúy khác.Chỉ riêng Thái Bình Dương có trữ lượng C,Cu,Ni cao so với mỏ quặng đất liền Khoáng sản chủ yếu đại dương muối (ở nhiệt độ 560 C hàm lượng muối 20) 1.2 NHIỆM VỤ, YÊU CẦU ĐỘ CHÍNH XÁC VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA CƠNG TÁC TRẮC ĐỊA BIỂN 1.2.1 Nhiệm vụ công tác trắc địa biển Nhiệm vụ cấp bách đặt cho người làm công tác trắc địa biển phải xây dựng mạng lưới trắc địa sở biển mốc trắc địa riêng biệt phục vụ công tác trắc địa chuyên ngành khác Các mạng lưới khống chế biển cần thiết cho ngành khai thác dầu khí ngồi biển, xác định lãnh hải quốc gia, ranh giớ vùng kinh tế, vùng đánh bắt cá vùng khác thuộc chủ quyền quốc gia, phục vụ cho công tác dẫn đường đảm bảo hàng hải, điều phối hoạt động nghiên cứu vũ trụ Với mục đích đảm bảo độ xác cần thiết cơng tác trắc địa mơi trường đại dương, việc nghiên cứu hình dạng Trái đất trường lực ngồi đại dương; nghiên cứu hồn thiện thuật tốn trang thiết bị để xử lý công tác trắc địa biển cần thiết Trong trắc địa biển có nhiệm vụ bản: + Xây dựng mạng lưới trắc địa biển + Thành lập loại đồ hàng hải + Đo vẽ địa hình đáy biển đại dương + Điều phối công tác trắc địa phục vụ cho việc nghiên cứu khoa học, tìm kiếm, thăm dị khai thác nguồn tài nguyên biển + Nghiên cứu bề mặt lý trường trọng lực Trái Đất phạm vi đại dương thay đổi chúng theo thời gian 1.2.2 Đặc điểm công tác trắc địa biển Tính biến động mơi trường biển Công tác đo đạc biển thường tiến hành tàu thiết bị Nhưng neo tàu thiết bị khác bị dịch chuyển tuần hoàn theo đường cong Tùy vào kích thước cấu tạo tàu, vào độ sâu sóng biển, vào phương độ lớn lực tác dụng gió dịng biển mà chúng dao động từ vài mét đến vài chục mét Trong môi trường điều kiện làm việc thơng số đo đạc mặt hình học thay đổi liên tục, vậy, độ xác kết đo không cao cho dù có đo đạc nhiều lần Cũng lý này, mà không thực phép đo thiết bị đo góc xác cao đặt tàu Tóm lại khơng thể xây dựng sở trắc địa phương pháp đo đạc truyền thống Xây dựng lưới khống chế đo vẽ biển Do khơng thể bố trí mốc trắc địa mặt biển đại dương nên cần phải tiến hành đo nối điểm khống chế biển vào mạng lưới khống chế trắc địa đất liền Phương pháp đo chủ yếu thường dùng khoảng cách hàm ( hiệu khoảng cách, tổng khoảng cách ) Phụ thuộc vào đối tượng công tác gần hay xa bờ mà khoảng cách đo dao động từ vài mét đến vài nghìn kilomet Các khoảng cách thường đo thiết bị điện tử ( Do môi trường biển ảnh hưởng đến đường truyền sóng điện từ mà đặc điểm cấu tạo chúng khơng cho phép đạt độ xác cao thiết bị điện tử dùng đất liền) Ngồi ra, ảnh hưởng mơi trường biển làm giảm thiểu độ xác kết đo việc xác định sai số khó khăn Vì vậy, đo khoảng cách (từ mốc bờ tàu) có độ dài 30km - 40km sai số tương đối đo dài cỡ 1/10000 – 1/5000 hồn tồn chấp nhận Việc xây dựng áp dụng hệ thống dẫn đường vệ tinh(Transit, tsicada, GPS, glonass, galileo, ) vào công tác trắc địa biển giải tốn nâng cao độ xác tọa độ đối tượng biển, nhiên loại trừ hoàn toàn mốc trắc địa đặt bờ với mục đích mốc sở phục vụ cho việc đo vẽ biển nghiên cứu đại dương Tính chất vật lý mơi trường biển Việc xác định xác tính chất vật lý mơi trường biển cần thiết Như biết, giải tần sóng điện từ có sóng ánh sáng có bước sóng 𝜆 ≈ 0.5 µm (phần phổ tím - xanh) lan truyền mơi trường nước với khoảng cách tối đa 60m Vì việc sử dụng sóng điện từ vào cơng tác đo sâu bị hạn chế nhiều Ngồi ra, sóng radio có bước sóng 𝜆 > 10km (tần số thấp) lan truyền môi trường nước không q 30m Vì vậy, viwwcj sử dụng sóng điện từ vào công tác đo sâu bị hạn chế nhiều Trong thực tế, sóng âm lan truyền môi trường nước với khoảng cách Do mà tuyệt đại phận thiết bị đo đạc trắc địa dùng môi trường nước hoạt động sở sử dụng sóng âm nguyên tắc thủy âm Sự lan truyền sóng âm mơi trường nước giống lan truyền sóng điện từ khí Tuy nhiên, tốc độ lan truyền dạng quỹ đạo sóng âm bị ảnh hưởng nhiều môi trường nước (nhiệt độ, độ mặn, áp suất, độ sâu cột nước ) điều nguyên nhân chủ yếu làm giảm độ xác kết đo Việc tính tốn sai lệch khơng thể Ngồi điểm chủ yếu kể cịn hàng loạt yếu tố khác khơng cho phép đạt độ xác cao xác định tọa độ loại lượng biển lòng đại dương Những đặc điểm cần tính đến thiết kế mạng lưới trắc địa đo vẽ biển nghiên cứu dạng công tác trắc địa biển 1.2.3 Yêu cầu độ xác công tác trắc địa biển Đặc trưng cho độ xác cho cơng tác thăm dị sai số trung phương xác định vị trí điểm mặt điểm quan trắc địa vật lý so với mốc sở bờ không vượt ±1.2mm tỉ lệ đồ đo vẽ Hiện công tác địa vật lý biển sử dụng tỉ lệ 1/1000.000 cho việc nghiên cứu thăm dò; 1/50000 cho đo vẽ chi tiết 1/10.000 cho công tác địa chất cơng trình Nếu vị trí mốc biển cho phép là: 850m, 35m,7m tương ứng với tỉ lệ Nhiều trường hợp yêu cầu độ xác xác định vị trí tương hỗ mốc quan trắc hay đối tương cao so với yêu cầu độ xác xác định tọa độ trắc địa Yêu cầu độ xác đặt cao cho công tác trắc địa công tác thăm dị địa chất giếng khoan Ví dụ: sai số định vị lỗ khoan không vượt ±3.0m điểm mặt biển Tọa độ điểm khống chế trắc địa phải xác định với độ xác cao Yêu cầu cao độ xác đo nối tọa độ đặt đặt đường ống xuống nước, đặt trạm dự báo sóng thần, việc xác định biên giới Đặc biệt xác định biên giới gần vùng có mỏ khống sản Khi lắp đặt đường ống đường truyền liên lạc vùng gần bờ cần đo nối tọa độ với sai số vị trí điểm riêng biệt khơng vượt 3m Độ xác đo nối tọa độ mốc đối tượng đo vẽ địa hình thềm lục địa quy định sau: - Sai số trung phương đường viền đối tượng rõ rệt nằm thềm lục địa không vượt 1.5mm (theo tỉ lệ đo vẽ)đối với mốc sở bờ hay biển theo tỷ lệ đồ thiết kế Cần đo nối với độ xác đo vẽ địa lý thủy văn - Yêu cầu độ xác xác định tọa độ đặt xác định cơng trình nước: + Sai số ≤ 20cm đo khoảng cách ≥50m + Sai số ≤ 5cm đo khoảng cách 5- 20m + Sai số ≤ 0.1cm đo khoảng cách < 1m + Sai số ≤ 0.5 cm đo khoảng cách đến 5m Khi bố trí thiết kế ngầm cần xác định tọa độ với độ xác 70m, đo trọng lực tàu cần xác định tốc độ tàu với độ xác 1/6 hải lý/giờ phương tàu với độ xác 10 Khi xác định ranh giới vùng dầu mỏ, độ xác tuyệt đối đặt ±10m 1.3 CÁC HỆ QUY CHIẾU DÙNG TRONG TRẮC ĐỊA BIỂN 1.3.1 Cơ sở toán học đồ hàng hải Lưới chiếu dùng đồ hàng hải lưới chieeud Mecactor Đây lưới chiếu hình trụ thẳng đứng đồng góc, thuận tiện cho việc biển Hệ tọa độ đồ hàng hải có nét đặc trưng riêng để đáp ứng yêu cầu phục vụ giao thơng biển Nếu đồ địa hình lấy độ cao chuẩn theo hệ độ cao Nhà nước đồ hàng hải lấy độ cao chuẩn mức hải đồ Mức hải đồ hay gọi mặt chuẩn số hải đồ, mặt chuẩn quy ước dùng để quy chiếu số liệu sâu đo vào hải đồ Mặt chuẩn thay đổi theo vùng phụ thuộc vào chế độ thủy triều tùy theo quan điểm quốc gia Mức hải đồ thường thấp mức lục địa Mức lục địa dùng thống toàn quốc Còn mức hải đồ vùng biển khác khác nhau, phụ thuộc vào số liệu quan trắc mực nước biển quan khí tượng thủy văn Sở dĩ chọn nhu cầu đảm bảo giao thơng biển 1.3.2 Cơ sở tốn học đồ địa hình đáy biển Nội dung chủ yếu cảu đồ địa hình đáy biển biểu thị dáng địa hình đáy biển Như vậy, đồ địa hình đất liền đồ địa hình đáy biển thể thống Sự thống đồ địa hình đồ địa hình phần đất liền thống hệ tọa độ, độ cao chuẩn hệ quy chiếu Lưới chiếu đồ địa hình đáy biển thống với lưới chiếu đồ địa hình phần đất liền + Sử dụng Elipxoid WGS 84 + Lưới chiếu Gauss – Kruger UTM múi chiếu 30 60 + Hệ tọa độ HN – 72 VN200 độ cao nhà nước Hệ độ cao quốc gia: hệ độ cao lấy mực nước biển trung bình trạm nghiệm triều, quan trắc chu kỳ biến thiên mực nước thủy triều làm mốc độ cao Hệ độ cao hải đồ: Là hệ độ cao lấy mực biển thấp xảy (mực nước rịng thấp xảy chu kỳ triều) làm mốc chuẩn ˝0̏ hải đồ Độ chênh chuẩn ˝0̏ lục địa chuẩn ˝0̏ hải đồ thay đổi theo vùng biển khác Ở nước ta, độ chênh biến thiên từ 0,5 đến 2m Vùng đồng Bắc Bộ trung bình 1,9m Vùng Trung Nam biến thiên từ đến 2m, vùng cực nam từ 0,5 đến 1m [11] 1.4 KHÁI QUÁT VỀ LUẬT BIỂN 1982 Một nhiệm vụ công tác trắc địa biển đo đạc xác định biên giới vùng đặc quyền kinh tế quốc gia biển, bên cạnh cần phải tiến hành công tác đo dạc biển phạm vi lãnh hải vùng đặc quyền kinh tế để phục vụ cho chuyên ngành khác kinh tế quốc dân Vì vậy, người làm cơng tác trắc địa biển cần phải hiểu nắm vững quy định điều khoản Luật biển 1982 Công ước Liên hợp quốc Luật biển 1982 (United Nations Convention on Law of the Sea-UNCLOS), cịn gọi Cơng ước Luật biển hay Hiệp ước Luật biển, hiệp ước quốc tế hình thành Hội nghị luật biển Liên hợp quốc lần thứ ba diễn từ năm 1973, sau nhiều chỉnh sửa 1982 thực Hiệp ước Thi hành năm 1994 Công ước Luật biển quy định sử dụng biển địa dương giới Cơng ước kí kết năm 1982 để thay cho bốn hiệp ước năm 1958 hết hạn UNCLOS có hiệu lực năm 1944, đến nay, 154 quốc gia Cộng đồng châu Âu tham gia Cơng ước Hoa Kỳ khơng tham gia nước cho Cơng ước khơng có lợi cho kinh tế an ninh họ Công ước quy định quyền trách nhiệm quốc gia việc sử dụng biển , địa dương; có hướng dẫn rõ ràng cho hoạt động kinh doanh, bảo vệ môi trường quảng lý khai thác tài nguyên Năm 1956, Liên hợp quốc tổ chức Hội nghị Luật biển lần (UNCLOS I) Geneva, Thụy Sĩ Hội nghị đạt bốn hiệp định ký kết vào năm 1958; Công ước lãnh hải vùng tiếp giáp, có hiệu lực vào ngày 10/9/1964; Cơng ước thềm lục địa , có hiệu lực vào ngày 10/6/1964; Công ước hải phận quốc tế, có hiệu lực vào ngày 30/9/1962; Cơng ước nghề cá bảo tồn tài nguyên sống hải phận quốc tế, có hiệu lực vào ngày 20/3/1966 Mặc dầu Hội nghị lần cho thành cơng, chưa giải vấn đề quan trọng bề rộng vùng lãnh hải Năm 1960, Liên hợp quốc tổi chức Hội nghị Luật biển lần thứ hai (UNCLOS II); nhiên, Hội nghị sáu tuần Geneva không đạt tiến Nhìn chung, nước phát triển tham dự khách mời mà khơng nói lên tiếng nói Năm 1967, vấn đề tuyên bố khác lãnh hải nêu Liên hợp quốc Năm 1973, Hội nghị Liên hợp quốc lần thứ ba Luật biển (Third United Nations Conference on the Law of the Sea) tổ chức New York Để cố gắng giảm khả nhóm quốc gia thống trị đàm phán, Hội nghị dùng quy trình đồng thuận thay cho bỏ phiếu lấy đa số Với 160 nước tham gia, Hội nghị kéo dài đến năm 1982 hoàn chỉnh dự thảo công ước, nước bắt đầu tham gia ký kết vào ngày 10/12/1982 Từ ngày 16/11/1992, Công ước thức có hiệu lực Nội dung Cơng ước bao gồm loạt điều khoản Những điều khoản quan trọng quy định việc thiết lập giới hạn, giao thông đường biển, trạng thái biển đảo, chế độ cảnh, vùng đặc quyền kinh tế, quyền tài phán thềm lục địa, khai khống lịng biển sâu, sách khai thác, bảo vệ mơi trường biển, nghiên cứu khoa học, dàn xếp tranh chấp Công ước quy định giới hạn vùng khu vực, tính từ đường sở ( baseline ) định rõ ràng Bao gồm: 1.4.1.Đường sở Đường sở đường ranh giới biển làm sở cho việc phân chia vùng biển khác Hiện người ta thừa nhận hai loại đường sở: đường sở thông thường đường sở thẳng Đường sở thông thường ngấn nước thủy triều thấp Loại đường sở liên quan nhiều đến thay đổi mực nước biển, tới mực ˝0˝ hải đồ Mực ˝0̏ lại khác nước vùng biển khác nước Như đường sở thông thường khó áp dụng cho nước có bờ biển khúc khuỷu, phức tạp Đường sở thẳng áp dụng cho nơi có điêu kiện sau: - Đường bờ biển khúc khuỷu, bí khoét sâu lồi lõm; - Nơi có chuỗi đảo nằm sát hay chạy dọc bờ biển; - Ở nơi có điều kiện thiên nhiên đặc biệt gây không ổn định bờ biển Tuyến đường sở vạch phải theo xu hướng chung bờ biển Việt Nam chúng ta, dựa sở pháp lý Luật Biển 1982 tập quán quốc tế, vào ngày 12/11/1982 tiến hành vạch hệ thống đường sở để tích chiều rộng lãnh hải vùng biển miền Trung miền Nam nước ta, đoạn từ đảo Cồn Cỏ đến Hòn Nhạn Ngày 29/12/2000 Việt Nam Trung Quốc tiến hành ký Hiệp định phân định lãnh hải, vùng đặc quyền kinh tế thềm lục địa Vịnh Bắc Bộ Riêng đường sở quần đảo Trường Sa, Hoàng Sa nịnh Thái Lan quy định sau chưa giải xong đề chủ quyền biên giới biển với nước có liên quan 1.4.2.Các vùng biển chế độ pháp lý chung Theo công ước 1982 biển chia thành vùng khác với thẩm quyền khác nhau: vùng nước nội thủy, vùng nước quần đảo, vùng lãnh hải, vùng tiếp giáp lãnh hải, vùng đặc quyền kinh tế, thêm lục địa, biển cả, vùng di sản chung loài người Vùng nước nội thủy Vùng nước nội thủy vùng nước nằm bên đường sở dùng để tính chiều dài lãnh hải chạy dọc theo bờ biển Nó bao gồm hồ, cửa sơng, vịnh, cảng biển, vũng đậu tàu Cơ sở pahps lý quốc gia với vùng nội thủy hoàn toàn giống lãnh thổ đất liền Vùng lãnh hải Vùng lãnh hải tính từ đường sở mở rộng hướng biển tới khoảng cách ấn định Công ước 1982 quy định 12 hải lý ( hải lý = 1.852 m) bề rộng tối đa lãnh hải Ranh giới phía ngồi lãnh hải đường chạy song song với đường sở cách đường sở khoảng cách 12 hải lý Ranh giới lãnh hải coi alf đường ranh giới quốc gia biển Tại đây, quốc gia ven biển quyền tự đặt luật, kiểm soát việc sử dụng sử dụng tài nguyên Các tàu thuyền nước quyền qua lại không gây hại mà không cần xin phép nước chủ Đánh cá, làm nhiễm, dùng vũ khí thám không xếp hạng vào dạng không gây hại Nước chủ tạm thời cấm việc qua lại không gây hại số vùng lãnh hải cần bảo vệ an ninh Phao số không pahir điểm mốc đường biên giới quốc gia biển, điểm hệ thống tiêu mốc dẫn luồng vào cảng đặt theo quy định Luật Hàng hải Luật biển coi lãnh hải lãnh thổ chìm, phận hữu lãnh thổ quốc gia, quốc gia ven biển thực thẩm quyền riêng biệt phòng thủ quốc gia, cảnh sát, thuế quan, đánh cá, khai thác tài nguyên thiên nhiên, đấu tranh chống nhiếm quốc gia tiến hành lãnh thổ Theo cơng ước 1982 luật biển: Chủ quyền quốc gia ven biển mở rộng lãnh thổ vùng nước nội thủy đến vùng biển tiếp liền gọi lãnh hải Chủ quyền mở rộng đến vùng trời lãnh hải đến đáy lòng đất đáy vùng biển Tuy nhiên chủ quyền dành cho quốc gia ven biển lãnh hải lại không tuyệt đối vùng nước nội thủy, thừa nhận thẩm quyền qua lại không gây hại tàu thuyền nước lãnh hải mà xin phép trước Theo luật Việt Nam, quyền lại không gây hại quy định sau: - Bao gồm việc vào, ra, qua, lại; - Đi nhanh chóng liên tục; - Đi theo tuyến đường hành lang quy định Vùng nước quần đảo Công ước đưa định nghĩa quốc gia quần đảo, định nghĩa quốc gia vã đường biên giới lãnh thổ Đường sở vẽ điểm đảo nhất, đảm bảo điểm phải đủ gần cách thích đáng Mọi vùng nước bên đường sở vùng nước quần đảo coi phần lãnh hải quốc gia Vùng tiếp giáp lãnh hải Bên giới hạn mười hai hải lý lãnh hải vành đai có bề rộng mười hai hải lý, vùng tiếp giáp lãnh hải Tại đây, nước chủ thực thi luật pháp hoạt động bn lậu nhập cư bất hợp pháp Vùng đặc quyền kinh tế Rộng hai trăm hải lý tính từ đường sở vùng này, quốc gia ven biển hưởng độc quyền việc khai thác tất tài nguyên thiên nhiên Trong vùng đặc quyền kinh tế, nước ngồi có quyền tự lại đường thủy đường không tuân theo kiểm sốt quốc gia ven biển Nước ngồi đặt đường ống ngầm cáp ngầm Trong vùng đặc quyền kinh tế quốc gia có quyền: - Các quyền chủ quyền thăm dò khai thác, bảo tồn quản lý tài nguyên thiên nhiên sinh vật không sinh vật vùng nước đáy biển - Quyền tài phán theo quy định thích hợp cơng ước việc: + Lắp đặt sử dụng đảo nhân tạo, thiết bị cơng trình + Nghiên cứu khoa học biển + Bảo vệ môi trường biển - Một số quyền khác công ước quy định Thềm lục địa Thềm lục địa vành đai mở rộng lãnh thổ đất mép lục địa hai trăm hải lý tính từ đường sở, chọn lấy giá trị lớn Thềm lục địa quốc gia kéo ngồi hai trăm hải lý mép tự nhiên lục địa không vượt 350 hải lý, không vượt đường đẳng sau 2500m khoảng cách 100 hải lý Tại đây, nước chủ có độc quyền khai thác khống sản ngun liệu khơng phải sinh vật sống Cơng ước giải thích: Rìa lục địa phần kéo dài ngập nước lục địa nước ven biển, thành đáy biển thành phần thềm, dốc, bờ, lòng đất đáy chúng Căn vào quy định luật biển quốc tế, nhà nước Việt Nam ta xác định phạm vi thềm lục địa đặc biệt nhấn mạnh thẩm quyền thềm lục địa đó: (nhà nước Việt Nam có chủ quyền hồn tồn mặt thăm dò khai thác, bảo vệ quản lý tài nguyên thiên nhiên thềm lục địa Việt Nam), quyền đặc quyền có nghĩa khơng có quyền tiến hành hoạt động thăm dị khai thác khơng thỏa thuận ta Biển Biển tiếp liền với vùng đặc quyền khinh tế, vùng biển nằm vùng biển thuộc phạm vi chủ quyền quyền tài phán quốc gia quốc gia ven biển Trong biển cả, tất quốc gia hưởng quyền tự biển Theo công ước liên hợp quốc biển năm 1982 thừa nhận quyền tự biển bao gồm: - Tự hàng hải; - Tự hàng không; - Tự đặt dây cáp ống dẫn ngầm; - Tự xây dựng đảo nhân tạo thiết bị khác pháp luật cho phép; - Tự đánh bắt hải sản; - Tự nghiên cứu khoa học Vùng di sản chung loài người Bao gồm đáy biển lịng đất đáy biển nằm ngồi ranh giới thềm lục địa 1.4.3 Các điều khoản khác Cùng với điều khoản định nghĩa ranh giới biển, Cơng ước cịn quy định nghĩa vụ tổng quát cho việc bảo vệ môi trường biển bảo vệ quyền tự nghiên cứu khoa học biển Công ước tạo chế pháp lý cho việc kiểm soát khai thác tài nguyên khoáng sản lịng biển sâu nằm ngồi thẩm quyền quốc gia, thực thông qua Ủy ban Đáy biển quốc tế (International Seabed Authority) Các nước khơng có biển quyền có đường biển mà khơng bị đánh thuế giao thông nước tuyến đường nối với biển 10 Chương 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ ĐỊNH VỊ TRÊN BIỂN 2.1 KHÁI NIỆM VỀ CÔNG TÁC ĐỊNH VỊ TRÊN BIỂN Trên mặt đất hay biển, nhiệm vụ công tác trắc địa liên quan đến vấn đề đo đạc xác định vị trí điểm cần xác định Hiện phát triển ngành kinh tế biển tăng trưởng kinh tế quốc dân, nên yêu cầu độ xác định vị biển ngày cao, nhằm đáp ứng yêu cầu kỹ thuật cần thiết cho lĩnh vực kinh tế chuyên ngành khoa học có liên quan đến cơng tác khảo sát thăm dị khai thác tài nghun biển Chính mà cơng tác định vị biển có vai trò quan trọng lĩnh vực trắc địa biển nước ta 2.1.1 Nhiệm vụ đối tượng định vị biển Nhiệm vụ công tác trắc địa định vị biển đa dạng phụ thuộc vào dạng công việc, đặc điểm, phạm vị, vị trí đối tượng cần định vị Có thể phân chia đối tượng định vị biển thành dạng công việc sau: - Định vị biển lĩnh vực giao thông vận tải khai thác tài nguyên biển; - Định vị biển cơng tác khảo sát thăm dị biển; - Định vị biển thành lập lưới khống chế đo đạc thành lập đồ địa hình đáy biển; - Định vị cơng tác trắc địa cơng trình biển Dạng công việc sử dụng không gian biển bao gồm tuyến tàu thuyền giao thông vận tải biển, đường ống vận chuyển đáy biển, cáp điện lực cáp thông tin đáy biển Các cơng trình khai thác tài ngun tự nhiên nguồn lượng biển: cơng trình khai thác dầu khí, sa khống, khống vật, đánh bắt ni trồng thủy sinh vật biển, khai thác nhiệt lượng khoáng vật lỏng đáy biển, lượng thủy triều, sóng, nhiệt sai, cơng trình nước hóa nước biển hóa phân tích để nhận ngun tố hóa học từ nước biển Để đo vẽ địa hình đáy biển, trước hết phải lập lưới khống chế sở mặt độ cao Trong đó, ngồi phương hpaps truyền thống, phần nhiều ứng dụng hệ thống định vị GPS Trong quy trình đo vẽ địa hình đáy biển cần phải tiến hành cơng tác định vị biển để dẫn đường cho tàu đo sâu theo tuyến đo thiết kế, định vị điểm đo sau biển Trong trắc địa cơng trình biển, cần phải tiến hành đo đạc điều kiện đặc biệt khó khăn (sóng to gió mạnh), xa đất liền mà phương pháp đo đạc định vị biển có ý nghĩa quan trọng thực dạng công tác trắc địa biển khảo sát thiết kế thi cơng cơng trình biển Ngồi cơng tác định vị biển phải đáp ứng yêu cầu dẫn đường biển, tìm kiếm, trục vớt tàu đắm, định vị lắp đặt cơng trình biển (giàn khoan, cầu cảng) 2.1.2 u cầu độ xác cơng tác định vị biển Yêu cầu độ xác công tác định vị biển sử dụng không gian biển Trong trường hợp tổng quát yêu cầu độ xác định vị biển xác định theo yêu cầu kỹ thuật chuyên ngành kinh tế kỷ thuật.Một số yêu cầu cụ thể độ xác định vị biển nêu bảng 1.2 2.u cầu đọ xác cơng tác định vị biển khảo sát thăm dò biển 11 Để phục vụ cho công tác khảo sát địa vật lí biển khơi, cơng tác định vị tàu cần độ xác cỡ 2.500m , cơng tác khảo sát thăm dị u cầu độ xác tới 100/150m, khảo sát chi tiết lại cần với độ xác 20/50 Có thể thống kê số yêu cầu độ xác định vị biển theo dạng công tác trắc địa biển bảng 2.1 Bảng 2.1.Một số tiêu độ xác định vị biển[9] Dạng cơng tác Độ xác vị trí điểm(m) -Các điểm khơng chế trắc địa -Các điểm tựa trọng lực -Xác định mực nước biển trung bình -Độ cao Geoid -Các điểm thuộc lưới kiểm định hệ thống đạo hàng vô tuyến -Các tiêu mốc thủy âm -Khảo sát địa vật lý thủy đạc -Khảo sát địa vật lí thủy đạc chi tiết -Khoan -Lắp đặt đường ống dây cáp -Khai thác quặng -Xắc định ranh giới -ataimf kiếm, trục với tàu đắm -Đạo hàng biển khơi Tuyệt đối 10 10 0,5 10 10 50/100 50/100 10 10 10 20/100 3.000 Tương đối 10 0,1 0,1 10 50/100 15/25 1/5 1/10 2/10 10/20 45/500 Yêu cầu độ xác định vị đo vẽ thành lập đồ biển Trong đo đạc thành lập lưới khống chế đo vẽ đồ địa hình đáy biển u cầu độ xác định vị biển quy định sau [11]: - Sai số tọa độ điểm sở đo vẽ đồ địa hình đáy biển so với điểm tọa độ quốc gia gần phải nhỏ hoạc 1/10 sai số định vị điểm đo sâu biển; - Sai số định vị điểm đo sâu biển sai số định vị cần phát biến máy đo sâu hồi âm Sai số bao gồm hai số cải vị trí khơng trung tâm máy định vị so với cần phát biến máy đo sâu hồi âm; - Sai số định vị cần phát biến máy đo sâu hồi âm không lớn 1mm nhân với mẫu số tỷ lệ đồ đo vẽ; - Sai số vị trí địa vật thể theo tỷ lệ khơng lớn 1mm nhân với số mẫu tỷ lệ đồ vẽ; - Sai số vị trí ranh giới biển không lớn 1mm nhân với mẫu số tỷ lệ đồ đo vẽ; - Sai số vị trí địa vật thể ký hiệu lệ không vượt 1,5mm nhân với mẫu số tỷ lệ đồ đo vẽ Yêu cầu độ xác định vị trắc địa cơng trình biển 12 Đặc điểm bật cơng tác trắc địa cơng trình biển phải tiến hành đo đạc điều kiện đặc biệt khó khăn ( sóng to gió mạnh ), xa đất liền mà phương pháp đo đạc định vị biển có ý nghĩa quan trọng thực dạng công tác trắc địa biển khảo sát thiết kế thi công xây dựng cơng trình biển Ngồi cơng tác định vị biển phải đáp ứng yêu cầu dẫn đường biển, tìm kiếm, trục vớt tàu đắm, định vị lắp đặt cơng trình biển ( giàn khoan, cầu cảng) Yêu cầu độ xác định vị biển phụ thuộc vào dạng cơng trình biển giai đoạn khảo sát thiết kế thi công khai thác sử dụng cơng trình biển Có dạng cơng tác u cầu định vị điểm với dộ xác cao định vị giàn khoan, sai số định vị không vượt 3m Đặc biệt vùng nước sâu yêu cầu vị trí điểm đáy biển so với vị trí điểm mặt biển cao Để phục vụ cho công tác lắp đặt đường ống dẫn (dầu, khí ) cáp (cáp điện, cáp quang, ) biển cần định vị với sai số cỡ 3m Trong khảo sát thiết kế, thi cơng quan trắc biến dạng cơng trình cảng biển độ xác định vị biển quy định theo quy mô xây dựng đặc điểm cụ thể dạng cơng trình -Trong giai đoạn khảo sát, thiết kế cơng trình biển nhiệm vụ trắc địa cung cấp tài liệu địa hình đáy biển phần đất liền phần đáy biển ven bờ Để đo vẽ địa hình đáy biển, cần phải lập lưới khống chế sở mặt độ cao công nghệ truyền thống công nghệ GPS Trong giai đoạn công tác định vị biển cần thiết cho công tác dẫn đường tàu đo sâu định vị điểm đo sâu biển; -Trong giai đoạn thi công xây dựng cơng trình nhiệm vụ trắc địa tiến hành đo đạc bố trí cơng trình để đảm bảo cơng trình xây dựng bới vị trí, độ cao, hình dạng kích thước thiết kế 2.2.CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ TRÊN BIỂN TRUYỀN THỐNG Phương pháp ứng dụng cho khaongr cách ngắn đo đạc ven bờ, vùng nước nông Ở biển độ cong Trái Đất nên tầm ngắm thường bị hạn chế Để kéo dài tầm ngắm, điểm đặt máy điểm ngắm cần đưa lên cao Thiết bị máy móc phương pháp máy kinh vĩ hoạc máy toàn đạc điện tử Nhược điểm phương pháp sử dụng để xác định tọa độ vùng xa bờ, phụ thuộc nhiều vào điêu kiện thời tiết Tại điểm biết tọa độ A,B bờ , đặt máy kinh vĩ trạm có kèm theo thiết bị liên lạc( đàm ) cờ hiệu Từ điểm A,B quan sát mục tiêu đo góc giao hội( hình 2.1) Để đảm bảo độ xác điểm giao hội , góc giao hội phải nằm khoảng từ 20° đến 100° Từ tọa độ biết diểm A,B góc giao hội vừa đo, xác định tọa độ điểm giao hội theo thông thức Yung có dạng: Xp 𝑋𝐴𝑐𝑜𝑡𝑔𝛽+𝑋𝐵𝑐𝑜𝑡𝑔𝛼−𝑌𝐴+𝑌𝐵 𝑐𝑜𝑡𝑔𝛼+𝑐𝑜𝑡𝑔𝛽 Sai số trung phương vị trí điểm giao hội xác định theo cơng thức : Trong trương hợp giao hội thuật ba hướng, xác định tọa độ sai bình sai lấy tọa độ trung bình Khi sai số trung phương vị trí điểm giao hội nhỏ so với trường hợp hai hướng√2 lần chiều dài cạnh đáy AB,BC hai góc 𝜔1𝜔2 xấp xỉ 13 2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ RADIO Dựa lan truyền sóng điện từ, người ta xác định khoảng cách từ trạm phát tín hiệu radio(sóng điện từ) đến trạm đặt máy thu Nguyên tắc chung hệ thống đạo hàng vơ tuyến dựa vào số trạm phát sóng (tín hiệu radio) đặt đất liền có vị trí xác định( hệ thống tọa độ), xác định vị trí đối tượng ( tàu thuyền, máy bay) có gắn thiết bị thu tín hiệu từ trạm phát nói Ưu điểm hệ thống định vị vô tuyến tầm hoạt động mở rộng vùng biển cách bờ tới hàng trắm trí hàng ngày hải lý Độ tin cậy khả làm việc liên tục thiết bị ổn định Tuy nhiên hệ thống định vị phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, vào thời gian ( ngày hay đêm) điều kiện địa hình ảnh hưởng đến tầm hoạt dộng hệ thống Hệ thống máy thu phát phát sóng vơ tuyến phục vụ cho việc xác định vị trí tàu biển cho phép giải nhiệm vụ trắc địa biển dựa vào hệ thống cho phép đo khoảng cách hiệu khoảng cách từ tàu đến trạm cố định đất liền Hiện có nhiều hệ thống thế.Chủ yếu hệ thống đo hiệu khoảng cách Chúng chia theo đặc tính tín hiệu vô tuyến phát hành hệ thống xung, pha pha-xung Tầm hoạt động độ xác hệ thống khác 2.3.1 Hệ thống Loran-A (Long range navigation) Đây hệ thống phát tín hiệu xung Trên tàu đặt máy thu vô tuyến từ hai trạm phát đặt bờ: trạm chủ động trạm thụ động Trạm chủ phát tín hiệu xung sau khoảng gián cách định lần phát Còn trạm thụ thu chúng, lơu giữ khoảng thời gian định phát tiếp Trên tàu tiến hành đo khoảng thời gian thời điểm tín hiệu tới từ trạm chủ trạm thụ Δt = tchủ + tđáy + tlưu – tthụ Trong đó: tchủ, tthụ - thời gian tín hiệu vượt qua khoảng cahs từ trạm chủ đến tàu từ trạm thụ đến tàu; tđáy – thời gian thu tín hiệu vượt qua khoảng cách trạm chủ trạm thụ; tlưu – thời gian tín hiệu bị lưu trạm thụ Cho tốc độ lan truyền tín hiệu vơ tuyến v khu vực đo không đổi, ta tính hiệu khoảng cách từ tàu đến trạm thụ trạm chủ: Schủ - Sthụ = v.( Δt - tđáy + tlưu) (2.4) Dễ dàng nhận thấy đường đẳng vị tàu đường hypecbol với tiêu điểm trạm chủ trạm thụ Rõ ràng, để xác định vị trí tàu, cần có hai đường đẳng vị hypecbol Thơng thường để có đường đẳng vị thứ hai, người ta tạo thêm cặp chủ thụ Để xác định tọa độ tàu, người ta sử dụng đồ đạo hàm vô tuyến có kẻ sẵn đường hypecbol, sử dụng bảng chuyên dụng lập sẵn Hệ thống Loran – A có tầm hoạt động ban ngày 600 -:-900 hải lý, ban đêm 500 hải lý Nó bao trùm 2/3 diện tích bề mặt đại dương Bắc bán cầu [9] 2.3.2 Hệ thống Loran – C Đây hệ thống phát tín hiệu pha – xung Các trạm mặt đất ghép thành chuỗi gồm có 3, trạm, có trạm chủ Mỗi cặp trạm chủ - thụ tạo đường đẳng vị hypecbol 14 Trạm chủ phát định kỳ tần số 100 kHz nhóm tín hiệu xung Tần sood lặp tín hiệu xung kHz Trạm thụ thu tín hiệu đó, lưu giữ lại khoảng thời gian định phát tiếp Khoảng thời gian lưu trữ có tác dụng để nhận biết trạm thụ riêng biệt thu tín hiệu tàu Trên tàu tiến hành thu tín hiệu để xác định hiệu khoảng cách đến trạm chủ trạm thụ bờ Đại lượng đo trường hợp là: khoảng thời gian thời điểm thu nhận (bằng máy thu tàu) điểm đặc biệt mặt phía trước xung trạm chủ trạm thu phát hiệu pha dao động xen lấp xung nói Đo khoảng thời gian thời điểm tới mặt phía trước xung để xác định giá trị gần khoảng thời gian với độ xác -:- µs Giá trị cần cho việc khắc phục tính đa trị kết đo Còn đo hiệu pha dao động tần số cao xen lấp xung cho phép xác định giá trị xác khoảng thời gian đo tính đến phần lẻ µs Tầm hoạt động hệ thống Loran-C (ứng với sóng lan truyền theo bề mặt trái đất) 700 -:- 900 hải lý Nếu dùng sóng phản hồi lần từ tầng điện ly xuống tầm hoạt động đạt tới 1.200 -:- 1.400 hải lý Các chuỗi trạm hệ thống bảo đảm bao quát tới ¾ bề mặt đại dương Bắc bán cầu Độ xác hệ thống điều kiện thuận lợi khoảng cách ngắn đạt tới 30m [9] 2.3.3 Hệ thống Dekka Đây hệ thống đạo hàng vô tuyến Anh, thiết lập từ năm 1940 Thông thường ̏chuỗi˝ Dekka tạo thành từ bốn trạm cố định gồm trạm chủ trạm thụ Khoảng cách từ trạm chủ đến trạm thụ khoảng 70 -:- 110 hải lý Mỗi cặp trạm chủ - thụ tạo hệ đường đẳng vị hypecbol Các đường đẳng vị với cặp trạm khác ký hiệu màu sắc riêng màu: đỏ, cây, tím Từ trạm cố định liên tục phát tín hiệu có tần số khoảng 70/130 kHz Các máy thu đo hiệu pha tín hiệu phát từ trạm chủ trạm thụ Từ hiệu pha đo hiệu khoảng cách Để loại bỏ tín hiệu nhiễu, hệ thống Dekka sử dụng kỹ thuật lọc nhiễu riêng Tầm hoạt động Dekka thường ngắn Loran – C thường 240 hải lý Độ xác định khoảng 10/120 Ở khoảng cách lớn 240 hải lý vào ban đêm, độ xác định vị tới 400m Hiện có 44 chuỗi Dekka hoạt động châu lục 2.3.4 Hệ thống Hi – Fix Hi-Fix hệ thống định vị vô tuyến Anh, thiết lập phục vụ mục đích trắc địa Nó sử dụng theo nguyên lý đường đẳng vị hypecbol Hệ thống gồm trạm phát, có trạm chủ trạm thụ, tất đặt bờ Hệ thống cho phép định vị với độ xác tầm hoạt động 200 hải lý Trên số hệ thống định vị vô tuyến dựa nguyên tắc đo hiệu khoảng cách, với đường đẳng vị hypecbol Ngồi hệ thống trên, người ta cịn thiết lập số hệ thống định vị theo nguyên tắc đo khoảng cách như: hệ thống RDS (Liên Xô), hệ thống Shiran (Mỹ), hệ thống Aerdis (Nam Phi) Vị trí điểm định vị xác định sở giao hội thuận chiều dài từ trạm phát tín hiệu biết tọa độ 2.4 ĐỊNH VỊ TRÊN BIỂN BẰNG HỆ THỐNG THỦY ÂM 2.4.1 Các hệ thống thủy âm 15 Hiện việc xác định vị trí theo phao tiêu thủy âm đặt đáy biểm coi xác ngồi khơi khơng thấy bờ Các phao tiêu thủy âm đặt tạm thời giai đoạn triển khai công tác cụ thể [9] Tuy người ta nghiên cứu làm phao tiêu cố định dài hạn đóng vai trị tiêu mốc trắc đia đáy biển Hiện có loại phao tiêu thủy âm sau: - Phao tiêu thường xuyên phát tín hiệu âm tần số cố định; - Phao tiêu phát xung âm sau khoảng giãn cách thời gian đảm bảo xác; - Phao tiêu phát xung âm sau nhận tín hiệu dẫn đến theo dây cáp; - Phao tiêu phát tín hiệu trả lời sau nhận tín hiệu hỏi Việc xác định phương hướng thực nhờ thiết bị thủy âm đặt tàu nhờ vào phao tiêu Độ xác đạt 0.5/30 [9] Các thiết bị thủy âm đặt tàu nhằm mục đích xác định vị trí tàu so với hoa tiêu đặt đáy biển Tùy theo cấu tạo thiết bị thủy âm cho phép đo khoảng cách từ tàu tới phao tiêu, phương hướng tới phao tiêu, hiệu khoảng cách từ tàu tới hai phao tiêu, đo khoảng chuyển Dobler tần số tín hiệu phao tiêu phát 2.4.2 Phương pháp định vị thiết bị thu phát thủy âm Khi thả tiêu mốc thủy âm người ta xác định tọa độ chúng nhờ định vị vệ tinh, giá trị tọa độ coi số liệu gốc Các tàu trang bị máy thu tín hiệu từ tiêu mốc thủy âm, nhờ đo khoảng cách từ tàu đến tiêu mốc thủy âm giải toán định vị biển Giả sử đáy biển có lắp đặt trạm thu phát tín hiệu thủy âm với đồ hình tam giác hình bình hành Trên mặt nước có phận thu phát tín hiệu thủy âm tàu kéo theo, phận phát xung âm toàn hướng với tần số cỡ 10 kHz Các trạm thu phát tín hiệu thủy âm đáy biển thu nhận xung âm phát tín hiệu trả lời với tần số riêng cho trạm, cớ 10 kHz Bộ thu phát mặt nước tiếp nhận tín hiệu trả lời để tính khoảng cách từ đến trạm thu phát đáy biển Di = V.Δti (2.5) Trong đó: Δt khoảng thời gian từ phát tín hiệu đến nhận đượ tín hiệu; V vận tốc lan truyền âm môi trường nước Vị trí thu phát mặt nước (vị trí tàu) xác định theo nguyên tắc giao hội khoảng cách Khoảng cách hai trạm thu phát đáy biển thường cỡ -:- km, tối đa tới km Mỗi trạm thu phát có cấu tạo hình 2.4, việc sử dụng thiết bị thu phát tín hiệu thủy âm để định vị biển thực theo số công đoạn sau: thả trạm thu phát xuống đáy biển với mục đích trước hết cần đo vẽ sơ đáy biển để có đường đẳng sâu sở chọn vị trí đặt trạm thu Các trạm thả xuống đáy biển với vận tốc khoảng 2m/s Sau thả xuống nước cần theo dõi trạm đặt xuống đáy Kiểm định đồ hình trạm thu phát: sau thả đặt trạm thu phát cần xác định tọa độ trạm thủy âm Tọa độ tiêu mốc thủy âm xác định theo nguyên tắc giao hội cạnh sau: 16 Xm = {x1, y1, z1, x2, y2, z2, xm, ym, zm} (2.6) Trong m số lượng điểm tiêu mốc cần xác định tọa độ (thông thường m≥3 ), điểm cần xác định x, y, z Để xác định ẩn số, cần phải xác định vị trí tàu đo (có thiết bị đo khoảng cách theo nguyên lý thủy âm đến tiêu mốc cần xác định tọa độ) nhiều vị trí khác cơng nghệ GPS (hình 2.5) Ký hiệu tọa độ xác tàu vị trí j x`j, y`j, z`j, với khoảng cách đo Ri, j từ vị trí tàu j đến tiêu thứ i ta lập phương trình: Nếu xác định tọa độ gần điểm tiêu mốc thủy âm, từ (2.5) thiết lập phương trình số hiệu chỉnh sau: Trong x0j, y0j, z0j tọa độ gần điểm (tiêu mốc thủy âm) dxi, dyi, dzi số hiệu chỉnh tọa độ tương ứng Số hạng tự Li,j (2.8) tính: Nếu số lượng khoảng cách đo nhiều số lượng ẩn số, giải tốn theo ngun lý số bình phương nhỏ Ở sử dụng phương pháp tính lặp nhích dần để loại bỏ ảnh hưởng giá trị tọa độ gần xác định lần đầu Phương pháp sử dụng thiết bị thu phát tín hiệu thủy âm trình bày cho phép xác định vị trí tương hỗ với độ xác cao vùng biển sâu phạm vi tương đối hẹp 2.5 ĐỊNH VỊ TRÊN BIỂN BẰNG CƠNG NGHỆ GPS 2.5.1 Hệ thống định vị tồn cầu GPS Hệ thống định vị toàn cầu (GPS – Global Positioning System) mạng gồm 35 vệ tinh Navstar quay xung quanh Trái Đất độ cao 20.200 km Được Book Quốc phòng Hoa Kỳ ấn định chi phí ban đầu vào khoảng 13 tỷ USD, song việc truy nhập tời GPS miễn phí người dùng, kể người nước khác Các số liệu định vị định thời sử dụng cho vô số ứng dụng khác nhau, bao gồm đạo hàng hàng không, đất liền hàng hải, theo dõi phương tiện giao thông tàu biển, điều tra khảo sát vẽ đồ, quản lý tài sản tài nguyên thiên nhiên Vệ tinh GPS phóng vào năm 1978 Mười vệ tinh vệ tinh ̏mở mang˝, gọi Block (Lô 1) Từ năm 1989 đến năm 1993 có 23 vệ tinh khai thác, gọi Block (Lơ 2) phóng lên quỹ đạo Vệ tinh thứ 24 phóng nốt vào năm 1994 hoàn thành hệ thống Các vệ tinh bố trí cho tín hiệu từ số thu nhận gần 100% thời gian điểm Trái Đất Hệ thống định vị toàn cầu GPS bao gồm phận cấu thành, là: đoạn khơng gian, đoạn điều khiển, đoạn sử dụng Đoạn không gian Đoạn không gian bao gồm vệ tinh chuyển động mặt phẳng quỹ đạo, độ cao khoảng 20.200 km Mặt phẳng quỹ đạo nghiêng với mặt phẳng xích đạo mộ góc 550 Vệ tinh GPS chuyển động quỹ đạo gần tròn với chu kỳ 718 phút Thep thiết kế gồm 24 vệ tinh, quỹ đạo có vệ tinh Với phân bố vệ tinh quỹ đạo vậy, thời gian vị trí quan trắc Trái Đất quan trắc vệ tinh GPS 17 Tất vệ tinh GPS có thiết bị tạo dao động với tần số chuẩn sở f0 = 10,23 MHz Tần số tần số chuẩn đồng hồ nguyên tử, với độ xác cỡ 10-12s Từ tần số sở f0 thiết bị tạo hai lần sóng tải L1 L2: L1 = 154f0 = 1.575,42 MHz L2 = 120f0 = 1.227,60 MHz Các sóng tải có bước sóng cỡ 20 cm, thuộc dải sóng cực ngắn Với tần số lớn sóng tải bị ảnh hưởng tầng điện li (tầng ion) tầng đối lưu mức độ làm chậm tín hiệu tầng điện ly tỉ lệ nghịch với bình phương tần số Các tín hiệu phát điều biến theo code riêng biệt, C/A code, Pcode Y-code, C/A code code thơ cho phép sử dụng rộng rãi Tín hiệu mang code có tần số thấp (1.023 MHz) tương ứng với bước sóng 293 mét C/A code điều biến sóng tải L1, song có can thiệp trạm điều khiển mặt đất chuyển sang L2 P-code code xác, dùng cho mục đích quan (của Mỹ) dùng cho mục đích khác khác phía Mỹ cho phép Tín hiệu P-code có tần số tần số chuẩn f0 (10,23 MHz), tương ứng với bước sóng 29,3 mét P-code điều biến sóng tải L1 L2 Y-code code bí mật, phủ lên P-code gọi kỹ thuật AS Chỉ có vệ tinh thuộc khối II có khả Ngồi tần số trên, vệ tinh GPS cịn trao đổi với trạm điều khiển mặt đất qua tần số 1.783,74 MHz 2.227,5 MHz để truyền thông tin đạo hàng lệnh điều khiển tới vệ tinh Người ta ước lượng độ xác định cỡ 1% bước sóng tín hiệu Như sử dụng code thô C/A để định vị đạt tới độ xác cỡ 3m Chính Mỹ chủ động làm nhiễu tín hiệu để hạ thấp độ xác định vị tuyệt đối Kỹ thuật làm nhiễu gọi SA Do nhiễu SA, khách hàng định vị tuyệt độ xác 50 đến 100m Từ ngày 20-05-2000 Mỹ bỏ chế độ nhiễu SA Đoạn điều khiển Đoạn điều khiển thiết lập để trì hoạt động tồn hệ thống định vị Trạm điều khiển trung tâm viết tắt MCS đặt không quân Mỹ gần Colorado springs Trạm điều khiển trung tâm có nhiệm vụ chủ yếu đoạn điều khiển, cập nhật thông tin đạo hàng truyền từ vệ tinh Cung phối hợp hoạt động với trạm điều khiển trung tâm hệ thống hoạt động kiểm tra ÓC bao gồm trạm theo dõi phân bố quanh Trái Đất, trạm Colorado springs, Hawaii, Assension Islands, Diego Gareia, Kwajlein Các trạm theo dõi liên tục tất vệ tinh quan sát Các số liệu quan sát trạm chuyển trạm điều khiển trung tâm MCS, việc tính tốn số liệu chung thực cuối thông tin đạo hàng cập nhật chuyển lên vệ tinh để sau từ vệ tinh chuyển đến máy thu người sử dụng Như vai trò đoạn điều khiển quan trọng khơng theo dõi vệ tinh mà cịn liên tục cập nhật để xác hóa thơng tin đạo hàng đảm bảo độ xác cho công tác định vị hệ thống GPS Cơ quan đồ thuộc quốc phòng Mỹ (DMA) phối hợp với số nước khác, xây dựng mạng lưới theo dõi hệ thống GPS toàn cầu, Achentina, Australia, Baranh, Equador, Anh Nhờ phối hợp mạng lưới quan trắc rộng rãi này, 18 DMA xác định lịch vệ tinh xác Nhờ Cục đo đạc quốc gia Hoa Kỳ cung cấp lịch vệ tinh xác cho quan dân sử dụng để giải nhiệm vụ định vị GPS với độ xác cao Đoạn sử dụng Đoạn sử dụng bao gồm máy thu GPS, máy hoạt động để thu tín hiệu vệ tinh GPS pgucj vụ cho mục đích khác nhan dẫn đường biển, không, đất liền phcuj vụ cho công tác đo đạc nhiều nơi giới, kết nối thiết bị thu tín hiệu GPS với số thiết bị thu phát khác để thực kỹ thuật đo động thời gian thực, đo vi phân DGPS, đo vi phân diện rộng WADGPS Trong kỹ thuật WADGPS sử dụng vệ tinh viễn thông thương mại phương tiện trung gian truyền số cải vi phân cho trạm đo Hiện có nhiều loại máy thu có khả đo chế độ thời gian thực Dạng máy thu phổ biến dạng máy thu đa kênh Các loại máy thu thường có từ đến 10 kênh, kênh độc lập theo dõi thu tín hiệu từ vệ tinh 2.5.2 Ứng dụng công nghệ GPS 2.5.1 Hệ thống định vị tồn cầu Hệ thống định vị tồn cầu GPS có tên đầy đủ NAVSTAR GPS, viết tắt từ Navigation Satelite Timing and Ranging Global Positioning System Hệ thống xây dựng từ năm 1973 Năm 1978 vệ tinh đưa lên quỹ đạo Năm 1993 phóng đủ 24 vệ tinh quỹ đạo thiết kế Trước năm 1980, hệ thống sử dụng cho mục đích quân Mỹ Từ năm 1980, Chính phủ Mỹ cho phép sử dụng hệ thống vào mục đích dân Ngày nay, GPS sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực có trắc địa Hệ thống định vị tồn cầu GPS có cấu tạo gồm phận (gọi đoạn): Đoạn không gian, đoạn điều khiển đoạn sử dụng Đoạn không gian Đoạn điều khiển Đoạn sử dụng Hình 5.1 Sơ đồ hoạt động hệ thống định vị tồn cầu Đoạn khơng gian (Space segment) Đoạn không gian gồm vệ tinh (theo thiết kế 24 vệ tinh, đến có tới 32 vệ tinh) chuyển động mặt phẳng quỹ đạo Độ cao vệ tinh khoảng 20200km Quỹ đạo gần tròn, chu kỳ chuyển động vệ tinh quanh Trái đất 718 phút (gần 12 giờ) Các mặt phẳng quỹ đạo nghiêng với mặt phẳng xích đạo Trái đất 550 Với cách 19 bố trí điểm Trái đất vào thời điểm quan sát vệ tinh, điều kiện tối thiểu để định vị vệ tinh Các vệ tinh có trọng lượng khoảng 1600kg phóng 800kg bay quỹ đạo Tuổi thọ vệ tinh theo thiết kế 7,5 năm Trên vệ tinh có pin Mặt trời gắn cánh vệ tinh để cung cấp lượng cho vệ tinh hoạt động Mỗi vệ tinh trang bị đồng hồ nguyên tử đo thời gian với độ xác 10-12 giây Vệ tinh tạo tần số dao động chuẩn f0 = 10,23 MHz Từ tần số chuẩn, vệ tinh tạo tần số sóng tải L1 có tần số f1 = 154f0 = 1575.42 MHz tương ứng với bước sóng 1 = 19,032 cm, L2 có tần số f2 = 120f0 = 1227,60 MHz tương ứng với bước sóng 2 = 24,42 cm Hình 2.2 Vệ tinh GPS Các sóng tải L1 L2 thuộc dải sóng cực ngắn, với tần số lớn làm nhiệm vụ vận tải tín hiệu vệ tinh có tác dụng làm giảm ảnh hưởng tầng điện li ảnh hưởng tầng điện li tỷ lệ nghịch với bình phương tần số tín hiệu Để phục vụ mục đích khác nhau, sóng tải lại điều biến mã (code) khác như: C/A code, P-code, hay Y-code C/Acode (Coarse / Acquisition code) code thô cho phép dùng rộng rãi C/A code mang tính chất code tựa ngẫu nhiên Tín hiệu mang code có tần số thấp (1.023MHz) tương ứng với bước sóng 293mét C/A code điều biến sóng tải L1, song có can thiệp trạm điều khiển mặt đất chuyển sang L2 Chu kỳ C/A code 1miligiây, chứa 1023 bite (1023 chip), vệ tinh phát C/A code khác P-code (Precision code) code xác, điều biến sóng tải L1 L2, có độ dài cỡ 1014 bite (cỡ 38 tuần lễ) code tựa ngẫu nhiên PRN-code (Pseudorandom Noise) Tín hiệu P-code có tần số tần số chuẩn f0 (10.23MHz), tương ứng với bước sóng 29.3mét Mỗi vệ tinh sử dụng đoạn code (tương đương với độ dài tuần lễ- gọi " code tuần lễ") Code tựa ngẫu nhiên sở để định vị tuyệt đối khoảng cách giả, đồng thời dựa vào nhận biết số hiệu vệ tinh P-code dùng cho mục đích quân (của Mỹ) dùng cho mục đích khác phía Mỹ cho phép Y-code code bí mật, phủ lên P-code gọi kỹ thuật AS (Anti-Spoofing) Chỉ có vệ tinh thuộc khối II (sau năm 1989) có khả Ngoài tần số trên, vệ tinh GPS cịn trao đổi với trạm điều khiển mặt đất qua tần số 1783,74MHz 2227,5MHz để truyền thông tin đạo hàng lệnh điều khiển tới vệ tinh 20 ... TÁC TRẮC ĐỊA BIỂN 1.2.1 Nhiệm vụ công tác trắc địa biển Nhiệm vụ cấp bách đặt cho người làm công tác trắc địa biển phải xây dựng mạng lưới trắc địa sở biển mốc trắc địa riêng biệt phục vụ công. .. xử lý công tác trắc địa biển cần thiết Trong trắc địa biển có nhiệm vụ bản: + Xây dựng mạng lưới trắc địa biển + Thành lập loại đồ hàng hải + Đo vẽ địa hình đáy biển đại dương + Điều phối công. .. người ta chia biển làm bốn loại: Biển lục địa, biển nội địa, biển ven, giửa điểm đảo - Biển lục địa: Là biển nằm hai lục địa nối với đại dương hay nhiều eo biển Tiêu biểu loại biển Caribe, Đại